CN106911191B - 无线充电发射装置、无线充电系统和电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无线充电发射装置、无线充电系统和电动汽车，该装置包括：发射线圈，发射线圈包括N个接线端子，其中，N为大于1的整数；电源模块，电源模块的第一输出端与N个接线端子中的第一接线端子相连，电源模块的第二输出端分别通过N‑1个可控开关与N个接线端子中的第二至第N接线端子对应相连；接收模块，接收模块用于接收待充电设备的充电请求信息；控制模块，控制模块分别与接收模块和N‑1个可控开关的控制端相连，控制模块用于根据充电请求信息对N‑1个可控开关进行控制，以使电源模块通过发射线圈为待充电设备提供电能。根据本发明的装置，能够提高无线充电的效率和安全性，并且适用性较广。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种无线充电发射装置、无线充电系统和电动汽车。
背景技术
电动汽车具有节能环保等优点，随着人们环保意识的提高，电动汽车也越来越受到人们的青睐。随着电动汽车的普及，电动汽车的充电技术也应相应跟进。目前，一般通过在充电场所建造插线式的充电桩为电动汽车充电。为提高便利性和用电安全性，越来越多的充电场所正在建造能够进行无线充电的充电桩。
相关技术中的无线充电是通过磁感应式一对一无线充电系统实现的，即一个发射线圈模组与一个接收线圈模组之间通过近场磁场感应实现能量的非接触式传输。充电桩安装有发射线圈模组，可为安装有接收线圈模组的电动汽车充电。
不同类型电动汽车的体积与载重不同，因而充电功率需求也不同。在不同的充电功率需求下，接收线圈的面积和/或匝数不同，对发射线圈的面积和/或匝数的要求也不同。如果发射线圈的面积和/或匝数与接收线圈的面积和/或匝数不匹配，则发射线圈和接收线圈的耦合系数较小，从而导致充电效率较低。举例而言，小型的乘用车体积与载重较小，动力电池的容量较小，所需要的充电功率也较小，因此其接收线圈较小。如果使用大型的发射线圈对其进行充电，则很可能因匝数的不匹配而造成充电效率低下，并且该接收线圈无法覆盖发射线圈的磁场，多余的磁场可能会在其他裸露的金属中形成涡流，进而可能造成该金属熔毁等安全事故。此外，如果一种充电桩仅能为一种类型的电动汽车充电，则必然要对应多种类型的电动汽车建造多种充电桩，这种适用性较差的充电桩将加大充电场所的建造成本与土地需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种无线充电发射装置，能够提高无线充电的效率和安全性，并且其适用性较广。
本发明的第二个目的在于提出一种无线充电系统。
本发明的第三个目的在于提出一种电动汽车。
根据本发明第一方面实施例的无线充电发射装置，包括：发射线圈，所述发射线圈包括N个接线端子，其中，N为大于1的整数；电源模块，所述电源模块的第一输出端与所述N个接线端子中的第一接线端子相连，所述电源模块的第二输出端分别通过N-1个可控开关与所述N个接线端子中的第二至第N接线端子对应相连；接收模块，所述接收模块用于接收待充电设备的充电请求信息；控制模块，所述控制模块分别与所述接收模块和所述N-1个可控开关的控制端相连，所述控制模块用于根据所述充电请求信息对所述N-1个可控开关进行控制，以使所述电源模块通过所述发射线圈为所述待充电设备提供电能。
根据本发明实施例的无线充电发射装置，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源模块的输出端相连，由此，能够根据电动汽车的充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与电动汽车中接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。同时，由于该无线充电装置能够适用于充电功率需求不同的电动汽车，适用性较广，能够大大降低充电场所的建造成本。
根据本发明第二方面实施例的无线充电系统，包括根据本发明第一方面实施例的无线充电发射装置。
根据本发明实施例的无线充电系统，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源模块的输出端相连，由此，能够根据电动汽车的充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与电动汽车中接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。同时，由于该无线充电装置能够适用于充电功率需求不同的电动汽车，适用性较广，能够大大降低充电场所的建造成本。
根据本发明第三方面实施例的电动汽车，包括根据本发明第二方面实施例的无线充电系统。
根据本发明实施例的电动汽车，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源转换模块的输出端相连，由此，能够根据充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的无线充电发射装置的结构框图；
图2为根据本发明一个实施例的无线充电发射装置的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的发射线圈的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的无线充电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图描述本发明实施例的无线充电发射装置、无线充电系统和电动汽车。
图1为根据本发明一个实施例的无线充电发射装置的结构框图。
如图1所示，本发明实施例的无线充电发射装置，包括：发射线圈10、电源模块20、接收模块30和控制模块40。
其中，发射线圈10包括N个接线端子，其中，N为大于1的整数。电源模块20的第一输出端与N个接线端子中的第一接线端子相连，电源模块20的第二输出端分别通过N-1个可控开关与N个接线端子中的第二至第N接线端子对应相连。其中，第一接线端子与第二至第N接线端子中任一接线端子之间的线圈面积和/或匝数不同。具体地，第一接线端子和第N接线端子可分别从线圈的两端引出，第二至第N-1接线端子可从线圈中的预设位置引出。其中，预设位置与线圈的具体面积和/或匝数相对应。
接收模块30用于接收待充电设备的充电请求信息。控制模块40分别与接收模块30和N-1个可控开关的控制端相连，控制模块40用于根据充电请求信息对N-1个可控开关进行控制，以使电源模块20通过发射线圈10为待充电设备提供电能。其中，充电请求信息包括待充电设备的充电功率信息。具体地，控制模块40可根据充电功率信息控制N-1个可控开关中对应的一个可控开关闭合，并控制N-1个可控开关中其他可控开关打开，以使电源模块20通过对应面积和/或匝数的线圈为待充电设备提供电能。
图2为根据本发明一个实施例的无线充电发射装置的结构示意图。为便于示例，在图2中N可取3。如图2所示，发射线圈10可包括接线端子E0、E1和E2。图3为该发射线圈的结构示意图。如图3所示，发射线圈10可包括铁氧体磁片和线圈，其中，线圈以平面中心对齐的方式固定在铁氧体磁片上，铁氧体磁片可用于电磁屏蔽和改善环境磁导率，提高能量传输的效率。第一接线端子E0可位于线圈的一端，第二接线端子E2可从线圈中的预设位置引出，第三接线端子E1可位于线圈的另一端，由此，E0与E1之间的线圈面积和/或匝数和E0与E2之间的线圈面积和/或匝数不同。电源转换模块20的第一输出端To1可与E0相连，电源转换模块20的第二输出端To2可通过可控开关K1与E1相连，并通过可控开关K2与E2相连。由此，在可控开关K1闭合、K2打开时，电源转换模块20可通过E0和E1与发射线圈10接通，以构成回路；在可控开关K2闭合、K1打开时，电源转换模块20可通过E0和E2与发射线圈10接通，以构成回路。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，在待充电设备侧还可包括接收线圈50和充电控制回路60。其中，接收线圈50还串联有第一电容C3和第一二极管D，充电控制回路60还并联有第二电容C4。待充电设备可通过接收线圈50将发射线圈10产生的电磁场转换为感应电动势，并通过感应电动势为待充电设备提供电能。充电控制回路60可获取待充电设备的充电请求信息，并通过发送模块70将待充电设备的充电请求信息发送至接收模块30。在本发明的实施例中，发送模块70和接收模块30可均为射频模块。
在本发明的实施例中，待充电设备可为电动汽车的动力电池。应当理解，电动汽车动力电池的充电功率越高，其接收线圈的面积和/或匝数越大，为提高发射线圈与接收线圈的耦合系数，相应地，发射线圈的面积和/或匝数也应越大。因此，可根据充电功率信息，控制对应的可控开关闭合，并控制其他可控开关打开，使发射线圈以对应的面积和/或匝数接入回路，从而在电源模块通过发射线圈为动力电池提供电能时，发射线圈与接收线圈的耦合系数达到最优。
根据本发明实施例的无线充电发射装置，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源模块的输出端相连，由此，能够根据电动汽车的充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与电动汽车中接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。同时，由于该无线充电装置能够适用于充电功率需求不同的电动汽车，适用性较广，能够大大降低充电场所的建造成本。
此外，在本发明的一个实施例中，电源模块20的第二输出端与N-1个可控开关K之间还可分别串联有谐振电容。如图2所示，可通过C1和C2分别与K1和K2串联，从而在可控开关K1或K2闭合时可分别与发射线圈10构成谐振回路，能够滤除电路中不需要的电信号，并能够调整功率因数，从而提高电路的品质。
应当理解，发射线圈的输入端需连接交流输入，因此，本发明实施例的无线充电发射装置还可包括电源转换模块。在电源模块的输出为直流输出时，电源转换模块可将电源模块的直流输出转换为交流输出。
在为待充电设备充电的过程中，还可通过相关控制来确保电流的平稳。如图2所示，本发明实施例的无线充电发射装置还可包括电流检测模块80。电流检测模块80用于检测流过发射线圈10的电流值。在本发明的实施例中，接收模块30还接收待充电设备的充电状态信息，控制模块40可根据充电状态信息和电流值对电源转换模块20进行PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)调节。具体地，参照图2，电流检测模块80可包括：第一电阻R和第一放大器A，第一电阻R串联在电源转换模块20的第一输出端To1与N个接线端子中的一个接线端子之间；第一放大器A的输入端与第一电阻R并联，第一放大器A的输出端与控制模块40相连。在本发明的一个实施例中，充电状态信息可为由发送模块70周期性发送的动力电池的荷电状态。由此，控制模块40通过根据动力电池荷电状态和流过发射线圈10的电流值进行PID调节，能够确保充电过程的平稳。
对应上述实施例，本发明还提出一种无线充电系统。
本发明实施例的无线充电系统，包括根据本发明上述实施例的无线充电发射装置，还包括无线充电接收装置，无线充电接收装置包括：充电控制回路，用于获取待充电设备的充电请求信息；发送模块，用于发送充电请求信息；接收线圈，用于将发射线圈产生的电磁场转换为感应电动势，并通过感应电动势为待充电设备提供电能。
无线充电接收装置还包括：相互串联的第一电容和第一二极管，相互串联的第一电容和第一二极管与接收线圈串联；第二电容，第二电容与充电控制回路并联。
更具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。
根据本发明实施例的无线充电系统，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源模块的输出端相连，由此，能够根据电动汽车的充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与电动汽车中接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。同时，由于该无线充电装置能够适用于充电功率需求不同的电动汽车，适用性较广，能够大大降低充电场所的建造成本。
对应上述实施例，本发明还提出一种电动汽车。
本发明实施例的电动汽车，包括根据本发明上述实施例的无线充电系统，其具体的实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。
根据本发明实施例的电动汽车，根据充电请求信息控制可控开关，以控制发射线圈通过对应的接线端子与电源转换模块的输出端相连，由此，能够根据充电功率需求等信息选择发射线圈接入电路的面积和/或匝数，提高发射线圈与接收线圈的耦合系数，从而提高了无线充电的效率和安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种无线充电发射装置，其特征在于，包括：
发射线圈，所述发射线圈包括N个接线端子，其中，N为大于1的整数；
电源模块，所述电源模块的第一输出端与所述N个接线端子中的第一接线端子相连，所述电源模块的第二输出端分别通过N-1个可控开关与所述N个接线端子中的第二至第N接线端子对应相连；
接收模块，所述接收模块用于接收待充电设备的充电请求信息；
控制模块，所述控制模块分别与所述接收模块和所述N-1个可控开关的控制端相连，所述控制模块用于根据所述充电请求信息对所述N-1个可控开关进行控制，以使所述电源模块通过所述发射线圈为所述待充电设备提供电能，其中，所述控制模块用于根据所述充电功率信息控制所述N-1个可控开关中对应的一个可控开关闭合，并控制所述N-1个可控开关中其他可控开关打开，以使所述电源模块通过对应面积和/或匝数的所述线圈为所述待充电设备提供电能，
所述接收模块还用于接收待充电设备的充电状态信息，所述装置还包括：
电流检测模块，所述电流检测模块用于检测流过所述发射线圈的电流值；其中，
所述控制模块根据所述充电状态信息和所述电流值对所述电源转换模块进行PID调节，
所述电流检测模块包括：
第一电阻，所述第一电阻串联在所述电源转换模块的第一输出端与所述N个接线端子中的一个接线端子之间；
第一放大器，所述第一放大器的输入端与所述第一电阻并联，所述第一放大器的输出端与所述控制模块相连。
2.如权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述充电请求信息包括所述待充电设备的充电功率信息。
3.如权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述第一接线端子与所述第二至第N接线端子中任一接线端子之间的线圈面积和/或匝数不同。
4.如权利要求1或2所述的无线充电发射装置，其特征在于，所述电源模块的第二输出端与所述N-1个可控开关之间还分别串联有谐振电容。
5.如权利要求1所述的无线充电发射装置，其特征在于，还包括：
电源转换模块，用于将所述电源模块的直流输出转换为交流输出。
6.一种无线充电系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的无线充电发射装置。
7.如权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，还包括无线充电接收装置，所述无线充电接收装置包括：
充电控制回路，所述充电控制回路用于获取待充电设备的充电请求信息；
发送模块，所述发送模块用于发送所述充电请求信息；
接收线圈，所述接收线圈用于将发射线圈产生的电磁场转换为感应电动势，并通过感应电动势为待充电设备提供电能。
8.如权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电接收装置还包括：
相互串联的第一电容和第一二极管，所述相互串联的第一电容和第一二极管与所述接收线圈串联；
第二电容，所述第二电容与所述充电控制回路并联。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求6-8中任一项所述的无线充电系统。
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